Ecología, N." 7, 1993, pp. 19-25 !CONA, MADRID

CENTRALES NUCLEARES E IMPACTO AMBIENTAL EN EL MEDIO EDAFICO

A. GARCÍA ALVAREZ',].]. IBÁÑEZ MARTÍ' yA. PÉREZ-GONZÁLEZ '

RESUMEN

La explotación de centrales nucleares plantea graves problemas, debido al peligro que supone la libe­ración al ambiente de isótopos radiactivos. Accidentes como los de Chernóbil y, más recientemente, el de la central de Vandellos en nuestro país, han sensibilizado a la opinión pública y a los organismos oficiales implicados, obligando a replantearse el papel de las centrales nucleares en la política energética de los Estados. El suelo es uno de los receptores terminales de la contaminación por radionúclidos y, sin embargo, son escasos los trabajos publicados sobre este tema. No obstante, en la revisión realizada por los autores se pone de manifiesto la profunda alteración de los componentes del suelo -fundamen­talmente su biocenosis-, que modifican la estructura ecológica y, en consecuencia, el funcionamiento global del sistema edáfico.

Palabras clave: Suelo, radioisócopos, contaminación, impacto ambiental, residuos radiactivos.

INTRODUCCION en forma mucho más concentrada. Este es el ries­go inherente a la actividad de las centrales nuclea­

Los accidentes ocurridos en los últimos años en di­ res y la causa principal del impacto ambiental que versas centrales nucleares, de los cuales el de Cher­ producen las mismas, debido a la presencia de una nóbil ha sido uno de los más graves y con una in­ cantidad inusualmente elevada de isótopos ra­cidencia trasnacional, ha reavivado una polémica diactivos. en la que muchas veces se obvian las grandes la­gunas que se cienen en el conocimiento de los ¡Só­ Refiriéndonos a la cuestión que nos ocupa, el im­copos radiactivos como agentes contaminantes. pacto que supone la explotación de las centrales

debe incluir todas las labores que se realizan, des­El suelo es uno de los receptores terminales de ra­de la extracción minera para la obtención del com­dioisócopos. Su presencia en el medio edáfico se de­bustible hasta los residuos que genera la actividadbe a su existencia previa como componente del propia de la central. En todos los casos se obtie­substraco litológico, o bien a las radiaciones cós­nen subproduccos con una concentración más Omicas (Tabla 1). En este caso, generalmente, tie­menos elevada de radioisóropos, que potencial­nen una distribución amplia, aunque su concen­mente -yen muchos casos realmente- puedentración suele ser muy baja. Sin embargo, otra fuen­tener el suelo como destino. te de radioisócopos procede de la contaminación

derivada de las actividades en las que el hombre emplea la energía nuclear (defensa, centrales nu­

INCORPORACION DE RADIOISOTOPOS cleares, medicina, investigación, etcétera). En este AL MEDIO EDAFICO OtrO caso se disrribuyen en áreas reducidas, pero

En este aparrado vamos a referirnos fundamental­Centro de Ciencias Medioambientales (CSIC). Serra­ mente a la contaminación por radionúclidos pro­

no, 115 dpdo. 28006 Madrid. cedentes de la actividad de las centrales nucleares. 1

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A. GARCÍA ALVAREZ el al. «CentraJes nucleares e impacto ambiental en el medio edáfico»

Hemos dicho con anterioridad que desde las ope­raciones llevadas a cabo para la extracción y enri­quecimiento de uranio, hasta el a1macenamiento de los residuos radiactivos. la industria nuclear ge­nera graves riesgos de contaminación de la biosfe­ra en general y del medio edáfico en particular.

La mineria del uranio produce anualmente dece­nas de coneladas de residuos que contienen mayo­rüariamente uranio y corio y algunos O[[OS is6to­pos que proceden de su deslntegración. Se trata, por tanto, de radioisótopos con larga vida media y baja actividad específica. El enorme volumen de residuos implicado ha hecho que tengan un trata­miento especial, aunque en muchas ocasiones el suelo termina cobijándolos.

La actividad específica de las centrales nucleares lleva aparejada, en ocasiones, la emisión de isóto­pos radiactivos como consecuencia de escapes es­porádicos. Dichos escapes acaban depositándose en el suelo debido a la concurrencia de diversos fac­tores climáticos (lluvia, nieve, etcétera). Todo ello sin tener en cuenta el riesgo de un accidente nu­clear, que como en el caso de Chernóbil, por citar uno de los más recientes, ha depositado en los sue­los de varios paises europeos -al menos en los que se tienen referencias- cantidades significati­vas de radioisótopos (PHARABOD, SCHAPIRA y ZERBIB, 1988).

Pero una de las causas que mayor incidencia tiene en la contaminación de los suelos es la producción de residuos derivados de la activídad de las cen­trales nucleares. Tan s610 en un año (1980) se han

generado 100.000 m3 de venidos radiactivos de bajo nivel en Estados Unidos (GATES, 1985). La ci­fra tiende a lncrementarse con el paso del tiempo y mucho más si se incluyen los desechos radiacti­vos de alto nivelo los transuránicos.

El problema surge, sobre todo, con el almacena­miento de los residuos de bajo nivel, que general­mente se realiza por enterramiento (SPALDING y col., 1985). Criterios inadecuados en la selección y caracterización de los lugares elegidos han dado lu­gar a una liberación de radionúclidos, debido a una respuesta no prevista del terreno en los emplaza­mientos o a un comportamiento inesperado del vertido radiactivo, que pueden acabar explosionan­do, tal como ocurrió en Kishtim (Siberia) en 1957, dejando tras de sí una secuela dramática. En tres de los lugares donde han sido almacenados resi­duos radiactivos de bajo nivel en BE. UU., Maxey Flats, Sheffield y West Valley (que han sido cerra­dos de forma permanente), las soluciones adopta­das para el almacenamiento de los desechos han re­sultado ser claramente deficientes. Los lixiviados que producen contienen radionúclidos como 6OCO, I'0Sr, B4,B7Cs, B2Th, 234 . mU y 238. 239PU, entre otrOS (FRANCIS, 1985), que han terminado instalándose en los suelos circundantes.

La explotación de centrales nucleares, en definiti­va, lleva implícito el riesgo de contaminación del medio edáfico, riesgo que en muchas ocasiones se traduce en una desafortunada realidad y concen­traciones significativas de radionúdidos terminan instalándose en el suelo de forma más o menos permanente.

TABLA 1

PROCEDENCIA DE ALGUNOS DE LOS RADIONUCLIDOS MAS IMPORTANTES PRESENTES EN EL SUELO

(De GEE y coL, 1983)

Fuente Radionúclido

Presentes en la naturale2.3 . 4DK, 222Rn, 226Ra, 210,232Th, 23).2lliU

Radiación c6smica . 3H, 7Be, 14C, 22Na

Pruebas con armas nucleares 3H, 'JOS r, 1Hes, HIJ. 240 pu

Residuos de la minería (uranio, fosfatos, carbón) . .. 222Rn, 226Ra, 230. H2Th, m. H8U

Residuos indusrriales (centrales nucleares y residuos procedentes de la actividad médica y de investigación) .. . . )9. 63Ni, 6OCo, 9OSr, 93,9'JZr• 9'JTc, IDJpd. 1291,

mCs, 144Ce, I)JS m , In.I)4Eu, H7Np,

239,240, 242pu, 241.?41Aro

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Ec%gia, N." 7, 1993

EL SUELO COMO SISTEMA

El suelo es el resultado de las complejas relaciones que se establecen entre la fracción mineral (a la que podemos denominar componente abiótico) y las diversas poblaciones de organismos que se de­sarrollan en el medio edáfico (componente biótÍ­co). Como consecuencia de las innumerables inte­racciones, el proceso de autoorganización de los componentes del sistema edáfico culmina en un es­tado estacionario, con independencia de las carac­terísticas concretas que puedan encontrarse en ca­da ripo de suelo.

Cualquier elemento exógeno al medio edáfico que tenga capacidad de incorporarse y permanecer en el mismo puede distorsionar el funcionamiento de todo el sistema y modificarlo hasta extremos im­previsibles (IBÁÑEZ y GARCÍA ALVAREZ, 1991). En este sentido, la presencia de radionúclidos y la ra­diactividad asociada a ellos alteran profundamente ciertas características que podían reconocerse en el suelo anres de la incorporación de estos últimos. Como muestra, por ejemplo, la incorporación al suelo de 90Sr, 99J'c Ó mes, análogos estructuralmen­te al Ca, Mn y K, respectivamente, alteran la ad­sorción de estos últimos cationes en la fracción mi­neral y su posterior absorción por los seres vivos que habitan en el medio edáfico; o el efecto de bioacumulación de radionúclidos, capaz de modi­ficar completamente el comportamiento bioquími­co y fisiológico de los organismos.

CARACTERIZACION DEL IMPACTO PRODUCIDO POR LA PRESENCIA DE ISOTOPOS RADIACTIVOS EN EL SUELO

Los estudios encaminados a una correcta valora­ción del impacto que supone la presencia de ra­dioisótopos en el ecosistema, y más concretamen­te en el subsistema edáfico, son escasos, puntuales y, en muchas ocasiones, contradictorios.

No obstante, según nuestro criterio, un procedi­miento operativo para evaluar los efectos sobre el medio edáfico de la presencia de radioisótopos es el de discriminar entre sus componentes, abiótico y biótico, para luego intentar una interpretación

ICONA, MADRID

que incluya a todo el sistema. Para el primer com­ponente, los efectos tienen que ver con fenómenos de adsorción-desorción y los mecanismos de mo­vilidad y transpone de los isótopos radiactivos, to­dos ellos de naturaleza físico-química. En el segun­do componente hay que tener en cuenta, además, el fenómeno asociado a la presencia de radionúcli­dos, la radiactividad, y los efectOs que ésta tiene en la materia viva.

RADIOISOTOPOS y ESTRUCTURA ABIOTICA DEL SUELO

La contaminación del medio edáfico por radioisá­topOS lleva aparejada algunos cambios en el fun­cionamiento químico del mismo que repercuten posteriormente en la absorción de dichos isótopos por raíces de plantas y organismos del suelo. Las propiedades físicas del suelo, especialmente su composición textura!, influyen en gran medida en la retención de radionúclidos por la fracción mi­neral. Los suelos con textura ligera (arenosa) tie­nen una menor capacidad de retención que los de textura pesada (arcillosa) y, por tanto, la absorción por plantas y microorganismos será mayor en los primeros. En el caso de algunos radionúclidos co­mo el mes, la adsorción sobre la fracción arcillosa es particularmente acusada (Tabla JI), ya que mi­nerales del grupo de la mica, como la illita, tien­den a fijarlo (SAWHNEY, 1964).

La fracción orgánica del suelo es también capaz de retener radionúclidos, constituyendo complejos isótopo-reseo orgánico, tal como se ha visto para el 99'fc - en forma de pertecnato-, entre otros isótopos (GEARlNG y col., 1975).

Además pueden formarse quelaros, en cuyo caso tiende a incrementarse el transporte y la biodispo­nibilidad de los radionúclidos, que como en el ca­so de los acrínidos suelen ser formas de escasa mo­vilidad cuando no están ligados.

El pH del suelo influye notablemente en la reten­ción de radioisótopos. En los suelos con pH ácido los hidrogeniones pueden desplazar otros catíones (incluidos los radionúclidos), aumentando la con­centración de estos últimos en la solución del sue­lo. Por el contrario, en suelos con pH alcalino pue­den formarse precipitados insolubles con aniones

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A. GAROA ALVAREZ el al. «Centrales nucleares e impacro ambiemal en el medio edáfico))

TABLA ¡¡

EFECTO DE lA TEXTURA DEL SUELO EN LA ABSORCION DE RADIOISOTOPOS POR PLANTAS

Razón concentración planta-suelo

Radioisótopo Textura Zanahoria Rábano Lechuga Tomate Trigo

8lSr ............................... Arenosa Limosa Arcillosa

1,850 0,522 0,409

3,800 1,350 0,815

1,410 0,490 0,265

0,306 0,038 0,166

0,309 0,110 0,065

137es .............................

9l Zr_Nb .

Arenosa Limosa Arcillosa

Arenosa Limosa

0,083 0,004 0,020

0,029 0,093

0,031 0,004

0,017 0,007

0,324 0,013 0,083

0,007 0,002

0,084 0,001 0,017

0,0004 0,0005

0,062 0,001 0,013

como el carbonato, fosfato, etcétera, lo que se tra­duce en una menor disponibilidad.

EFECTO DE LOS RADIOISOTOPOS SOBRE LA MICROFLORA EDAFICA

Aunque los radionúclidos presentes en el suelo pueden actuar como agentes mutagénicos de los microorganismos, BARNHART y col. (980) han encontrado poblaciones viables y metabólicamen­te activas en depósitos de residuos rransuránicos de bajo nivel del LANL (Los Alamas Narional La­boratory). Estos autores han realizado recuentos de hasra 1,5 X 10' bacrerias aerobias y de 3,3 X 10' hongos por gramo de suelo seco. No obstante) ex­perimentos llevados a cabo pOt FRANCIS y col. (1980) con poblaciones aisladas en los depósi­tos de Maxey Flats indican que el crecimiento bac­teriano es inhibido completamente a una dosis de 2,7 X 10' pCi/ml de radiacrividad procedente de una solución con 6OCO, 8~Sr y 134, mes.

VANDECASTEELE y col. (1980), en un estudio con organismos procarioras fijadores de N 2 atmósferi­ca (A1Jabae1Ja, Azotobaaer y Rhizobillm) observan que el 99'fc puede ser metabolizado y acumulado en cantidades variables, dependiendo del ripo de organismos. En este punto llegamos a una cues­tión que no debe soslayarse, como es la absorción de radioisóropos por microorganismos del suelo y raíces de plantas.

Los términos «absorción microbiana», «bioabsor­ción» o «bioconcentración» han sido utilizados pa­ra referirse a los procesos de bioacumulación. Exis­te un buen número de referencias en las que se po­

ne de manifiesto la asimilación de diferentes isó­topos radiactivos por microorganismos del suelo y especies vegetales (FRANCIS, 1985). La acumula­ción constituye un fenómeno de cierta importan­cia, aunque escasamente conocido todavía, ya que puede constituir un mecanismo de transporre de radionúclidos, que vuelven a quedar libres en el medio en el momento de producirse la lisis celular.

EFECTOS DE LA RADIACTNIDAD EN LOS ORGANISMOS DEL SUELO

Los microorganismos, en general, tienen toleran­cia O resistencia a las radiaciones ionizanees. Este tipo de radiaciones han sido ensayadas como mé­todo de esterilización de alimentos, agua y suelos, por lo que se dispone de una amplia información sobre sus efectos.

En el suelo han sido aisladas bacterias radiorresis­tentes, como ArthrobtUter radiotoleram, y en ocasio­nes han sido necesarias dosis mayores de 2 X 106

rad de radiación gamma para eliminar la pobla­ción bacteriana (ARUNACHALAM y col., 1974). Al­gunos experimentos en los que se ha somerido a la microfiora del suelo a diferentes dosis de radia­ción duranee un período prolongado consiguen modificar el umbral de resistencia de algunas ce­pas (Tabla I1I). No obstante, los resultados deben imerpretarse con ciertas reservas, ya que no pue­den considerarse como una respuesta de rodas las poblaciones que constituyen la microflora, sino de aquellas que son radiorresistentes.

Los efectos de la radiactividad sobre la fauna del suelo han sido revisados por .KRIvOLUTSKY (1987).

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Ecología, N.o 7, 1993

Este autor considera que dicha fauna constituye uno de los indicadores biológicos más apropiado para detectar niveles de contaminación radiactiva. Alteraciones en la estructura de la comunidad y modificaciones en la densidad de las poblaciones serían los efectos más evidentes. Destaca el acusa­do descenso de Lumbrícidos y Miriápodos y, en ge­neral, de la diversidad específica. Los efectos tam­bién se hacen norar en las formas predadoras, pa­rásitas y fitófagas. En un trabajo realizado por EDWARDS (en: CAWSE,1975) en un suelo de bosque de Rohamsted, una radiación de 0,001-0,5 Mrad elimina a la mayoría de los insec­tos, y una dosis de 0,2 Mrad resulta letal para el conjunto de la fauna de invertebrados transcurri­dos ochenta días desde el momento de la ex­posición.

METABOLISMO Y CONTAMlNACION POR RADIONUCLIDOS

El conjunto de transformaciones que tienen lugar en el suelo -que tienen que ver con la síntesis y descomposición de materiales- ha venido a deno­minarse metabolismo edáfico, con independencia de los organismos que las protagonizan. La pre­sencia de radioisótOpos en el medio edáfico puede modificar varios aspectOs de dicho metabolismo, induciendo un reajuste que afecta al resultado de algunos procesos concretos.

Algunos trabajos ponen de manifiesto que los sue­los radiados pueden ser metabólicamence activos debido a la resistencia a la radiactividad de los sis­temas exoenzimáticos. No obstante, entte los efec­tOS observados que suponen una alteración de los

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procesos que tienen lugar en el suelo puede citar­se la producción de compuestos gaseosos radiacti­vos que se liberan a la atmósfera y pueden ser transportados a mucha distancia de donde han si­do producidos. En efecto, compuestOs gaseosos tri­tiados o carbonados han sido identificados en zo­nas de enterramiento de residuos radiactivos, ade­más de gases como el 8)Kr o el 222Rn. En la pro­ducción y liberación de estos derivados gaseosos participan activamente los microorganismos del suelo. Así, las bacterias productOras de metano pueden utilizar 1.o1C ó lH para formar los compues­ros l~CH'h CH3-3H y I~CHl-lH. MATUS7.EK (1980) ha esrimado enrre 200 y 6.000 mCi/año la producción de CHl-lH en zonas de enterramiento de vercidos radiactivos.

Otro aspecto que merece mencionarse es la pro­ducción microbiana de compuestos quelantes, co­mo ácidos orgánicos o hidroxamatos, capaces de «secuestrar» radioisótopos. De esta manera se in­crementa su movilización y biodisponibilidad, ya que de otra forma permanecerían adsorbidos a la fase sólida del suelo (ya sea en su fracción mineral o en la orgánica).

RECUPERACION DE SUELOS CONTAMINADOS

Hasta el presente no se conocen muchas solucio­nes para la recuperación de suelos que no sean la de rrasladar espacialmente el ptoblema. En efecro, en los casos en que se ha tratado de eliminar la contaminación de radionúclidos, debido a su gra­vedad se ha exhumado el terreno contaminado y transportado a una localización más segura. Un

TABLA III

RESISTENCIA A LA RADIACION DE MICROORGANISMOS PREVIAMENTE EXPUESTOS A UN PERIODO PROLONGADO DE RADIACION GAMMA

(De ERlKSEN y EMBORG, 1978)

Número de tubos en Jos que se aprecia crecimiento bacteriano (%) Suelo previamente expuesto a radiación gamma. (Krad) Dosis de radiación (Mrad)

2 3 4 5

o (control) . lOO 47 O O \5 . . lOO 93 3 O

\50 . 100 lOO 33 O 800 . \00 lOO 40 7

\.500 . lOO lOO \00 40

• El período de exposici6n del suelo es de ciento ochema días en todos los C&S05.

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A. GARCfA ALVAREZ el al. ((Centrales nucleares e impacro ambienral en el medio edáfico»

procedimiento) por otro lado, demasiado costoso. (KAPLAN y col., 1988), que también acaba final­Un métOdo propuesto tras el accidente de Cher­ mente siendo enterrado. El uso de compuestos nóbil es el de extraer los radionúclidos con espe­ quelantes (EDTA, entre otros) también ha sido en­cies vegetales de crecimiento rápido capaces de ab­ sayado en la descontaminación. Pero, en general, sorberlos y enterrar posteriormente la biomasa todos los procedimiencos son excesivamente costO­contaminada. En algunos casos se ha utilizado el sos y no han resultado eficaces para la desconta­retrafenilborato de sodio para precipitar radiocesio minación y recuperación del suelo.

SUMMARY

The exploitation of nuclear centrals raises serious problems because the risk of radionudides liberation 00 the environment. Accidenrslike those ofChernóbil or, more recendy, Vandellos in our country, up­ser rhe public opinion and official organisms. Soil is one of the terminal receivers of radioisotopes coo­tamination, howewer few works by non involved 00 governmental of energy developmenr plans scien­tisrs, existing in chis matter. Nevertheless, in che revision carried Out ~y the aurors, deep alteratioos in soil componenrs are made evident, mainIy 00 its biocenosis, that modity ies ecological structure and, consequent1y) the whole working of the edaphic system.

Key words: Soil, Radionudides, Contamination, Environmental Impact, Radioacrive Wastes.

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